光合作用是地球上最重要的化学反应,发生在高等植物、藻类和光合细菌中。
( 1)地球上生命活动所需的能量主要来源于光反应吸收的 ____________ ,在碳(暗)反应中, RuBP羧化酶(R酶)催化CO 2 与 RuBP(C 5 )结合,生成 2分子C 3 ,影响该反应的外部因素,除光照条件外还包括 _________________________ (写出两个);内部因素包括 _____________ (写出两个)。
( 2)R酶由8个大亚基蛋白(L)和8个小亚基蛋白(S)组成。高等植物细胞中L由叶绿体基因编码并在叶绿体中合成,S由细胞核基因编码并在 ___________ 中由核糖体合成后进入叶绿体,在叶绿体的 ___________ 中与 L组装成有功能的酶。
( 3)研究发现,原核生物蓝藻(蓝细菌)R酶的活性高于高等植物,有人设想通过基因工程技术将蓝藻R酶的S、L基因转入高等植物,以提高后者的光合作用效率。研究人员将蓝藻S、L基因转入某高等植物(甲)的叶绿体DNA中,同时去除甲的L基因。转基因植株能够存活并生长。检测结果表明,转基因植株中的R酶活性高于未转基因的正常植株。
①由上述实验能否得出“转基因植株中有活性的R酶是由蓝藻的S、L组装而成”的推测 ________ ?请说明理由。 ______
②基于上述实验,下列叙述中能够体现生物统一性的选项包括 ______ 。
a.蓝藻与甲都以DNA作为遗传物质
b.蓝藻与甲都以R酶催化CO 2 的固定
c.蓝藻R酶大亚基蛋白可在甲的叶绿体中合成
d.在蓝藻与甲的叶肉细胞中R酶组装的位置不同
光能 温度、 CO 2 浓度 R 酶活性、 R 酶含量、 C 5 含量、 pH (其中两个) 细胞质 基质 不能 转入蓝藻 S、L基因的同时没有去除甲的S基因,无法排除转基因植株R酶中的S是甲的S基因表达产物的可能性 a、b、c
【分析】
本题主要考查光合作用、基因工程及基因对性状的控制的有关知识。影响光合作用的外界因素主要有光照、温度、水、无机盐和 CO 2 浓度等,内部因素主要有色素的含量和种类、酶的含量及活性;要将新的基因转入,首先得将 “原配”基因从受体植株的细胞核和它的叶绿体基因组中给敲除掉。然后导入目的基因,等待它们将老片段“替换”掉了之后,用专门的培养基筛选出只含有这种叶绿体的细胞,再通过组织培养最终获得R酶活性很高的转基因植株。
【详解】
(1)地球上生物生命活动所需的能量来自有机物,有机物主要来自植物的光合作用,光合作用合成有机物需要光反应吸收光能,转化为ATP的化学能,然后ATP为暗反应中C 3 的还原提供能量,合成糖类。在暗反应中, RuBP 羧化酶(R酶)催化CO 2 与 RuBP(C 5 )结合,生成2分子C 3 ,这是光合作用的暗反应的二氧化碳的固定。暗反应的进行需要相关酶的催化,二氧化碳做原料,需要光反应提供 和 ATP,光反应需要色素、酶、水、光照等,故影响该反应的外部因素有光照、温度、CO 2 浓度、水、无机盐等;内部因素包括色素含量及种类、酶的含量及活性等。
(2)高等植物细胞中L由叶绿体基因编码并在叶绿体中合成,S由细胞核基因通过转录成mRNA ,mRNA 进入细胞质,与核糖体结合,合成为S蛋白;因R酶是催化CO 2 与 C 5 结合的,在叶绿体基质中进行,故 S蛋白要进入叶绿体,在叶绿体的基质中与L组装成有功能的酶。
(3) ①据题设条件可知,将蓝藻S、L基因转入某高等植物(甲)的叶绿体DNA中,只去除甲的L基因,没有去除甲的S基因。因此,转基因植株仍包含甲植株的S基因,不能排除转基因植株中R酶是由蓝藻的L蛋白和甲的S蛋白共同组成。故由上述实验不能得出“转基因植株中有活性的R酶是由蓝藻的S、L组装而成”的推测。
②根据上述实验,可以看出蓝藻的基因能导入到甲的DNA中,说明蓝藻和甲植株都以DNA为遗传物质;蓝藻中 R酶的活性高于高等植物,说明两者都以R酶催化CO 2 的固定;由于蓝藻 S、L基因均转入甲的叶绿体DNA中,且去除了甲的L基因,结果转基因植株合成了R酶,说明蓝藻R酶大亚基蛋白L在甲的叶绿体中合成,即蓝藻的基因在甲的叶绿体中可以表达,以上体现了生物界的统一性。在蓝藻中R酶组装是在细胞质基质,甲的叶肉细胞组装R酶是在叶绿体基质,则说明了不同生物之间具有差异性。因此,选abc。
【点睛】
解答本题关键抓住 “将蓝藻S、L基因转入某高等植物(甲)的叶绿体DNA中,同时去除甲的L基因。”这一条件,得知甲的S基因还在,可以合成S蛋白,故无法确定转基因植株中有活性的R酶完全是由蓝藻的S、L组装而成。
复制 | 转录 | |
场所 | 主要在细胞和内 | |
解旋 | 完全解旋 | 只解有遗传效应的片段 |
模板 | 亲代DNA的两条链均为模板 | DNA的一条链上的某片段为模板 |
酶 | 解旋酶、DNA聚合酶等 | 解旋酶、RNA聚合酶等 |
能量 | ATP | |
原则 | A-T、G-C | A-U、G-C |
原料 | 四种脱氧核苷酸 | 四种核糖核苷酸 |
产物 | 两个子代DNA | 信息RNA |
复制 | 转录 | |
场所 | 主要在细胞和内 | |
解旋 | 完全解旋 | 只解有遗传效应的片段 |
模板 | 亲代DNA的两条链均为模板 | DNA的一条链上的某片段为模板 |
酶 | 解旋酶、DNA聚合酶等 | 解旋酶、RNA聚合酶等 |
能量 | ATP | |
原则 | A-T、G-C | A-U、G-C |
原料 | 四种脱氧核苷酸 | 四种核糖核苷酸 |
产物 | 两个子代DNA | 信息RNA |
RNA与DNA的区别:
种类 | DNA(脱氧核糖核酸) | RNA(核糖核酸) | |
组成成分 | 五碳糖 | 脱氧核糖 | 核糖 |
磷酸 | 磷酸 | ||
碱基 | A(腺嘌呤)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶) | ||
T(胸腺嘧啶) | U(尿嘧啶) | ||
基本单位 | 脱氧核苷酸(4种) | 核糖核苷酸(4种) | |
结构 | 规则的双螺旋结构 | 常呈单链结构 | |
分布 | 主要分布在细胞核内的染色体上,在线粒体和叶绿体上 | 主要分布在细胞质中 | |
功能 | 传递和表达遗传信息 | mRNA:翻译的模板 tRNA:识别密码子,运输特定氨基酸 rRNA:构成核糖体 |
mRNA | tRNA | rRNA | |
分布部位 | 常与核糖体结合 | 细胞质中 | 与蛋白质结合形成核糖体 |
特点 | 带有从DNA上转录下来的遗传信息 | 一端能与氨基酸结合,另一端有反密码子与mRNA上遗传密码子配对 | 由核仁组织区的DNA转录而来,是核糖体的组成物质 |
功能 | 翻译时作模板 | 翻译时识别密码子和搬运氨基酸 | 参与构成合成蛋白质的场所 |
结构 | 单链 | 单链,常有部分碱基配对,形成三叶草型结构 | 单链 |
共同点 | ┃①都是经转录产生;②基本组成单位相同;③都与翻译过程有关 |
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